[發(fā)明專利]乘波體外形設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310684003.7
• 申請(qǐng)日: 2013-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN103770935A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳冰雁;王利;白鵬;楊云軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): B64C21/00
• 分類號(hào): B64C21/00;B64F5/00
• 代理公司: 北京五洲洋和知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成;張向琨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種能夠適用于超聲速及高超聲速飛行器氣動(dòng)布局的乘波體外形設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

高超聲速飛行器的最大升阻比存在難以突破的極限值，這就是所謂的“升阻比屏障”。已有大量研究表明乘波體外形能夠突破這一“升阻比屏障”。乘波體外形是由已知的超聲速或高超聲速流場(chǎng)生成的，基準(zhǔn)流場(chǎng)可以有多種選擇，如楔形流場(chǎng)、軸對(duì)稱錐形流場(chǎng)、帶攻角錐形流場(chǎng)、橢圓錐流場(chǎng)等。無論基準(zhǔn)流場(chǎng)如何選擇，乘波體的設(shè)計(jì)方法都是類似的。錐形流場(chǎng)乘波體以及基于錐形流場(chǎng)的吻切錐乘波體構(gòu)造方法是目前較為常用的乘波體外形設(shè)計(jì)方法。

乘波體外形的構(gòu)造通常需要給出兩個(gè)條件：首先確定基準(zhǔn)流場(chǎng)，然后是給出乘波構(gòu)型的前緣形線或乘波構(gòu)型的出口形線。如果給出的是前緣形線，乘波構(gòu)型的下表面由前緣形線上各點(diǎn)沿流線向下游追蹤到出口位置生成；如果給出的是出口形線，則乘波構(gòu)型的下表面由出口形線上各點(diǎn)沿流線逆流追蹤至激波面生成。乘波構(gòu)型上表面通常采用通過前緣點(diǎn)的自由流面生成。這兩種乘波體構(gòu)造方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。給定前緣形線的方法可以非常方便地設(shè)定乘波體的長(zhǎng)度，但是難以控制乘波體下表面的形狀；給定出口形線的方法能夠?qū)Τ瞬w的下表面形狀進(jìn)行有效控制，但是對(duì)乘波體的長(zhǎng)度卻無法控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種乘波體外形設(shè)計(jì)方法，以解決目前乘波體構(gòu)造方法難以同時(shí)控制乘波體長(zhǎng)度和下表面形狀的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的乘波體外形設(shè)計(jì)方法的技術(shù)方案如下：

一種乘波體外形設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：步驟一、確定基準(zhǔn)流場(chǎng)參數(shù)；步驟二、給定下表面出口形線和激波面出口形線；步驟三、采用逆向流線追蹤的方式生成乘波體下表面；同時(shí)，通過對(duì)激波出口形線的縮放調(diào)整，自動(dòng)獲得長(zhǎng)度給定的乘波體外形。

優(yōu)選地，通過迭代求解調(diào)節(jié)激波面出口形線，以完成對(duì)基準(zhǔn)流場(chǎng)的調(diào)整，，獲得長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)要求的乘波體外形。

優(yōu)選地，所述步驟三進(jìn)一步包括以下步驟：

步驟三一、定義激波面出口形線縮放因子FICC=y/y0，其中，y0為基準(zhǔn)激波面出口形線的高度，y為可變激波面出口形線的高度；

步驟三二、設(shè)定激波面出口形線縮放因子FICC的數(shù)值，將基準(zhǔn)激波面出口形線在高度方向按FICC進(jìn)行縮放，獲得可變激波面出口形線；

步驟三三、根據(jù)基準(zhǔn)流場(chǎng)參數(shù)和可變激波面出口形線所定義的基準(zhǔn)流場(chǎng)，采用吻切錐乘波體構(gòu)造方法，對(duì)下表面出口形線進(jìn)行逆向流線追蹤至激波面，獲得乘波體下表面，乘波體上表面通過前緣線的自由流面生成；

步驟三四、判斷乘波體的長(zhǎng)度是否滿足要求，如不滿足，則返回步驟四；如滿足，則完成乘波體設(shè)計(jì)過程。

由上可知，本發(fā)明通過給定下表面出口形線和激波面出口形線，采用逆向流線追蹤的方式，可以生成乘波體外形；同時(shí)，通過對(duì)激波出口形線的縮放調(diào)整，可以自動(dòng)獲得長(zhǎng)度給定的乘波體外形。借此，本發(fā)明能夠同時(shí)控制乘波體的長(zhǎng)度和下表面形狀，非常方便地生成滿足設(shè)計(jì)需求的乘波體外形。

附圖說明

圖1示出了采用本發(fā)明提供的方法設(shè)計(jì)一乘波體實(shí)例的過程。

圖2為實(shí)施本發(fā)明時(shí)激波面出口形線變化示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明通過給定下表面出口形線1和激波面出口形線2，基于吻切錐乘波體構(gòu)造方法，采用逆向流線追蹤的方式生成乘波體外形3；同時(shí)通過對(duì)激波出口形線2的縮放調(diào)整，自動(dòng)獲得長(zhǎng)度給定的乘波體外形3。

進(jìn)一步具體而言，本發(fā)明優(yōu)選包括以下步驟：

一、確定基準(zhǔn)流場(chǎng)參數(shù)。對(duì)于本實(shí)例，馬赫數(shù)為15，錐形流場(chǎng)的圓錐角為9°。

二、如圖2所示，給定下表面出口形線11和基準(zhǔn)激波面出口形線12，并定義激波面形線縮放因子FICC=y/y0，其中，y0為基準(zhǔn)激波面出口形線12的高度，y為可變激波面出口形線13的高度；

三、設(shè)定激波面形線縮放因子FICC的數(shù)值，將基準(zhǔn)激波面出口形線12在高度方向按FICC進(jìn)行縮放，獲得可變激波面出口形線13。

四、根據(jù)基準(zhǔn)流場(chǎng)參數(shù)和可變激波面出口形線13所定義的基準(zhǔn)流場(chǎng)，采用吻切錐乘波體生成方法，對(duì)下表面出口形線11進(jìn)行逆向流線追蹤至激波面，獲得乘波體下表面，乘波體上表面通過前緣線的自由流面生成。

五、判斷乘波體的長(zhǎng)度是否滿足要求，如不滿足，則返回步驟三；如滿足，則完成乘波體設(shè)計(jì)過程。